Warum das Gehirn Amputated Limbs nicht vergessen kann

Warum das Gehirn Amputated Limbs nicht vergessen kann

Amputierte berichten oft über das Phänomen der "Phantomglieder", wo sie immer noch das Vorhandensein von fehlenden Fingern, Händen, Armen, Füßen oder Beinen und sogar von ihnen wahrnehmen können Fühle Schmerz, wo die amputierten Teile einst waren. Bisher hat die Wissenschaft keine Erklärung für dieses Phänomen.

Mithilfe der ultrahochauflösenden Bildgebung konnten Forscher der Universität Oxford nun die Gehirne von Amputierten untersuchen, um zu sehen, wie sich ihre Gehirne nach dem Verlust eines Arms verändern. Das Gehirn auf dieser Detailebene zu sehen, hat zum ersten Mal gezeigt, dass die Gehirne von Amputierten eine unglaublich detaillierte Karte der fehlenden Hand und einzelner Finger behalten. Die Existenz dieser detaillierten Handkarte im Gehirn - Jahrzehnte nach der Amputation - könnte Teil der Erklärung des Phänomens der Phantomglieder sein.

Sensorische Deprivation, zum Beispiel bei Menschen, die Blindheit, Taubheit oder Amputation erleiden, ist seit langem ein fruchtbarer Weg für Wissenschaftler, die Plastizität des Gehirns studieren. Englisch: bio-pro.de/en/region/freiburg/magaz...1/index.html Die leitende Forscherin Sanne Kikkert, mit ihren Kollegen vom Hand- und Gehirnlabor unter der Leitung von Associate Professor Tamar Makin, nutzte einen Aspekt des Phantom-Glied-Phänomens, wo Amputierte nicht nur in der Lage sind, das Vorhandensein von oder Sensation in der fehlenden Gliedmaße zu fühlen, sondern auch ihre Phantom-Hand "kontrollieren" können. Indem die Individuen gebeten werden, ihre Phantomfinger einzeln zu bewegen, während ihre Gehirne gescannt werden, kann die Darstellung der Phantomhand im Gehirn detailliert kartiert werden.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Das Bewegen der Phantom-Hand erzeugt Aktivität im Gehirn von Amputierten, aber bis jetzt war es schwierig zu sagen, was diese Aktivität wirklich darstellt. Es ist schwer nachzuweisen, dass zum Beispiel die Gehirnaktivität auf eine Karte der fehlenden Hand hinweist, im Gegensatz zu einer abnormalen Aktivität aufgrund der Amputation.

Kikkerts Studie zeigt, dass Phantom-Hand-Aktivitätsmuster wichtige Merkmale einer "normalen" Handdarstellung enthalten, beispielsweise die räumliche Anordnung der Finger zueinander. Tatsächlich war das Team in der Lage zu zeigen, dass die Handkarten der Phantomhände gut in dem Bereich waren, die in einer Kontrollprobe von zweihändigen Teilnehmern gefunden wurden. Wenn man bedenkt, dass die getesteten Amputierten ihre Hände zwischen 25 und 31 Jahre zuvor verloren haben, ist das ziemlich unglaublich.

Die Bildgebung des Gehirns zeigt detaillierte Abbildungen der einzelnen Finger der Hand bei Amputierten (unten), die im Vergleich zu den Handkarten der zweihändigen Kontrollteilnehmer (vergleiche oben) ähnlich sind. Autor zur Verfügung gestelltDie Bildgebung des Gehirns zeigt detaillierte Abbildungen der einzelnen Finger der Hand bei Amputierten (unten), die im Vergleich zu den Handkarten der zweihändigen Kontrollteilnehmer (vergleiche oben) ähnlich sind. Autor zur Verfügung gestelltIn ihrer Zeitung, veröffentlicht in der Zeitschrift eLifeDie Forscher waren auch in der Lage, einige andere, trivialere Erklärungen für die Phantomhirnaktivität zu widerlegen. Sie zeigten, dass die Aktivierung der Phantomhand nicht einfach durch die Aktivierung von Muskeln oder Nerven in den verbleibenden Gliedmaßen der Amputierten erfolgt. Zum Beispiel blieben die Handkarten bei Amputierten gleich, denen diese Muskeln fehlten (aufgrund einer Amputation über dem Ellbogen) oder die keine Eingaben an die Extremität senden oder empfangen konnten (aufgrund von Nervenschäden). Es ist jedoch immer noch ein Rätsel, ob die erhaltene Handkarte des Gehirns die Phantom-Extremitätenempfindungen verursacht oder ob die Empfindungen selbst die Handkarte im Gehirn erhalten.

Wie der Verstand den Körper sieht

Diese Ergebnisse sind doppelt aufregend, weil sie im Gegensatz zu traditionellen Weisheiten stehen, wie die sensorische Körperkarte im Gehirn generiert und aufrechterhalten wird. Diese sensorische Karte ist bekannt als die somatosensorischer Homunkulus (aus dem Griechischen für "kleiner Mann"), und es hat seit langem Wissenschaftler wegen seiner hochorganisierten Struktur fasziniert. Organisiert, in dem die Körperteile im Gehirn auf eine ähnliche Weise wie auf dem Körper angeordnet sind:

Ein Diagramm des "sensorischen Homunkulus", das zeigt, wie Körperteile auf das Gehirn abgebildet werden (im Querschnitt gezeigt). OpenStax College / Rice Universität, CC BYEin Diagramm des "sensorischen Homunkulus", das zeigt, wie Körperteile auf das Gehirn abgebildet werden (im Querschnitt gezeigt). OpenStax College / Rice Universität, CC BYEs wurde lange angenommen, dass diese Karte einen konstanten Strom sensorischen Inputs vom Körper benötigt, um ihre Organisation aufrechtzuerhalten. Diese Idee wurde durch umfangreiche tierexperimentelle Untersuchungen gestützt, die zeigten, dass bei der Amputation eines Gliedmaßes die Körperbereiche in der Nähe dieses Gliedes am Homunkulus liegen Invasion und überschreiben das Gebiet der fehlenden Gliedmaßen.

Eine ähnliche Reorganisation wurde in Menschen dokumentiert. Ein 2013 Studien von Tamar Makin und Kollegen zeigten, dass die verbleibende Hand nach der Amputation das Gehirngebiet der fehlenden Hand entführt. Ihre Studie zeigte auch, dass diese Übernahme mit der Art und Weise zusammenhing, wie die Teilnehmer ihren Körper benutzen: Je mehr Amputierte ihre verbleibende Hand benutzten, um ihre täglichen Aktivitäten zu erledigen, desto mehr nahm die Hand die Gehirnressourcen der vermissten Hand auf, wahrscheinlich um die Übernutzung zu unterstützen die intakte Hand.

Kikkert fand eine ähnliche Reorganisation in ihrer Gruppe von Amputierten im Bereich der fehlenden Hand des Gehirns sowie die detaillierten Handkarten. Dies bedeutet, dass nach der Amputation nicht nur die ursprüngliche Funktionalität dieses Hirnareals erhalten bleibt, sondern diese auch trotz der ebenfalls stattfindenden Reorganisation erhalten bleibt - eine Tatsache, die bisher nicht erkannt wurde.

Dies könnte in einigen ziemlich erstaunliche Technologie für Amputierte und behinderte Menschen verwendet werden: "Neuroprothetik" bezieht sich auf künstliche Gliedmaßen, die direkt vom Gehirn gesteuert werdennormalerweise durch in den Kortex implantierte Elektroden. Die nach einer Amputation im Gehirn erhaltenen Handkarten könnten ausgenutzt werden, um eine individuelle Fingerbewegung für diese Gehirn-Maschine-Schnittstellen zu ermöglichen.

Wie das Team berichtet, "eröffnen ihre Befunde" die Frage, was mit einem kortikalen Territorium passiert, sobald seine wichtigsten Inputs entfernt wurden "- und eröffnen neue Möglichkeiten für tiefere Erklärungen des Homunkulus in uns allen.

Über den Autor

Das GesprächHarriet Dempsey-Jones, Forscherin in Klinischen Neurowissenschaften, University of Oxford

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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